JP2007116798A - ステッピングモータの駆動方法、ステッピングモータの駆動装置および光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オープンループ制御でしかも１マイクロステップあたりの回転角度のばらつき小さいステッピングモータの駆動方法、ステッピングモータの駆動装置および光ディスク装置を提供することを目的とする。
【解決手段】あらかじめ、ステッピングモータ１の回転軸１ａをステッピングモータ１とは別の駆動装置２によって所定の略一定の角速度で回転させてステッピングモータ１の端子１ｂに発生する逆起電圧を電圧測定装置５で測定し、逆起電圧の大きさまたは逆起電圧に比例した大きさのいずれか一方を回転軸１ａの回転位置と関連させてメモリ７に格納し、前記ステッピングモータ１を駆動する際には、回転軸１ａの回転位置と関連された逆起電圧に略比例した信号電圧を制御回路８で生成し、信号電圧に略比例した駆動電圧を駆動回路９で生成して駆動電圧でステッピングモータ１を駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明はステッピングモータの駆動方法、ステッピングモータの駆動装置および前記駆動方法により駆動されるステッピングモータや前記駆動装置が備えるステッピングモータをフィードモータとして備える光ディスク装置に関するものである。

ステッピングモータは回転方向、回転速度、回転量が正確に制御できるモータとして使用されてきた。図１０（ａ）は従来のステッピングモータの断面構成図、図１０（ｂ）はコアの展開図、図１０（ｃ）は外観構成図である。固定子はコイル１０１ａが巻かれたボビン１０１ｂが２つと、リング円板の内周より直角に切り起こされたくし歯状の磁極を持つ同形状の４枚のコア１０１ｃからなり、ボビン１０１ｂはそれぞれ２枚のコア１０１ｃおよび外装ケース１０１ｆにより挟持されている。回転子は回転軸１０１ｈ、および回転軸１０１ｈの周囲に配置され、あらかじめＮ−Ｓ極が正弦波状に分布し着磁されたマグネット１０１ｄで構成される。回転軸１０１ｈは軸受け１０１ｅで回転自在に支持されている。外装キャップ１０１ｇは外装ケース１０１ｆの開口を封止する。

図１１は従来の２相励磁方式のステッピングモータの駆動電圧の波形を示す図である。駆動電圧はＡ相、Ｂ相とも矩形波でその位相は９０°ずれている。Ａ相、Ｂ相のコイル１０１ａに図１１に示す駆動電圧を印加すると、駆動電圧が変化する毎にコイル１０１ａの励磁方向が切り替わり、コア１０１ｃの各くし歯状の磁極の磁化の方向が変化する。そのため着磁されたマグネット１０１ｄに加わる力が変化して回転軸１０１ｈが回転する。Ａ相、Ｂ相のいずれか一方の駆動電圧が変化する毎に、回転軸１０１ｈは１ステップずつ回転する。１ステップで回転軸１０１ｈは１．８°、３．６°、７．５°等一定のステップ角だけ回転する。このようにステッピングモータ１０１は微小回転角での位置決め制御が可能で、かつ高速回転を行うことができる。

マイクロステップ駆動は回転量制御の精度向上の要求に応えるために、１ステップのステップ角をさらにマイクロステップに細分化して１ステップに満たない領域での位置決めを行う駆動方法である。図１２（ａ）はマイクロステップ方式のサイン波形の駆動電圧を示す図、図１２（ｂ）はマイクロステップ方式の三角波形の駆動電圧を示す図、図１２（ｃ）は１マイクロステップ駆動あたりの回転角度を示す図である。駆動電圧の全体の形状をサイン波形や三角波形としてステッピングモータ１０１を駆動し、Ａ相、Ｂ相の駆動電圧を所定の値にすることで、ステップの途中の所定のマイクロステップの位置で回転軸１０１ｈを止めることができる。ところが、１マイクロステップ毎の回転軸の回転に必要なトルクは１ステップの中で一定ではなく、そのため、１マイクロステップ毎の回転角度は図１２（ｃ）に示すように、各ステップの停止位置に近いほど大きく、各ステップの停止位置間の中間部が小さい傾向がある。そのため、マイクロステップ駆動による回転角を精密に制御することは困難であった。

それを解決するために（特許文献１）、（非特許文献１）では、あらかじめ、ステッピングモータのトルクの状態と停止位置精度を測定し、メモリに記録する。そのステッピングモータにそのメモリとエンコーダを搭載し、モータ駆動時に所望の停止位置になるようにエンコーダの出力をフィードバックする。
特開２００５−２１０７８６号公報 "Ｓｉ Ｓｅｒｖｏ製品概要"、［ｏｎｌｉｎｅ］、２００４年９月１６日、株式会社三明、［２００５年９月２７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓａｎｍｅｉ．ｃｏ．ｊｐ／Ｓｉ／ＳｉＯｕｔＬｉｎｅ．ｈｔｍ＞

ところが、（特許文献１）、（非特許文献１）の構成は確かに高精度な位置決めをすることができる。しかし、フィードバック制御となってしまい、オープンループ制御ができるというステッピングモータの特徴を活かしきれない。

本発明は、上記課題を解決するもので、オープンループ制御でしかも１マイクロステップあたりの回転角度のばらつき小さいステッピングモータの駆動方法、ステッピングモータの駆動装置および光ディスク装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のステッピングモータの駆動方法は、あらかじめ、ステッピングモータの回転軸を前記ステッピングモータとは別の駆動装置によって所定の略一定の角速度で回転させて前記ステッピングモータの端子に発生する逆起電圧を電圧測定装置で測定し、前記逆起電圧の大きさまたは前記逆起電圧に比例した大きさのいずれか一方を前記回転軸の回転位置と関連させてメモリに格納し、前記ステッピングモータを駆動する際には、前記回転軸の回転位置と関連された逆起電圧に略比例した信号電圧を制御回路で生成し、前記信号電圧に略比例した駆動電圧を駆動回路で生成して前記駆動電圧で前記ステッピングモータを駆動することを特徴とした。

一定の角速度で回転させたときに発生する回転軸の各回転位置に対する逆起電圧は、その回転軸の回転位置に停止させる駆動電圧に比例する。その際、符号は逆になる。そのため、あらかじめ逆起電圧の大きさまたは逆起電圧に比例した大きさを回転軸の回転位置と関連させてメモリに記録しておき、所望の回転軸の回転位置に対応する逆起電圧に略比例した駆動電圧でステッピングモータを駆動すれば、回転軸の回転位置は略所望の位置とすることができる。

本発明のステッピングモータの駆動方法は、オープンループ制御で逆起電圧に略比例した駆動電圧で駆動するので、回転軸の回転位置を略所望の位置とすることができるため、１マイクロステップあたりの回転角度が一定となるように駆動電圧を設定することができる。そのため、１マイクロステップあたりの回転角度のばらつきが小さい。

本発明の第１の発明は、あらかじめ、ステッピングモータの回転軸を前記ステッピングモータとは別の駆動装置によって所定の略一定の角速度で回転させてステッピングモータの端子に発生する逆起電圧を電圧測定装置で測定し、逆起電圧の大きさまたは逆起電圧に比例した大きさのいずれか一方を回転軸の回転位置と関連させてメモリに格納し、前記ステッピングモータを駆動する際には、回転軸の回転位置と関連された逆起電圧に略比例した信号電圧を制御回路で生成し、信号電圧に略比例した駆動電圧を駆動回路で生成して前記駆動電圧でステッピングモータを駆動することを特徴とするステッピングモータの駆動方法である。

逆起電圧に略比例した駆動電圧で駆動するので、回転軸の回転位置を略所望の位置とすることができるため、１マイクロステップあたりの回転角度が一定となるように駆動電圧を設定することができる。そのため、１マイクロステップあたりの回転角度のばらつきが小さい。

第２の発明は、第１の発明において、逆起電圧は所定の時刻に測定され、所定の時刻により回転軸の回転位置が導出されることを特徴とするステッピングモータの駆動方法である。

逆起電圧の大きさと回転軸の回転位置との関係を容易に確実に対応付けることができる。

第３の発明は、第１の発明において、回転軸の回転位置は回転位置測定装置により測定され、逆起電圧と回転軸の回転位置は同時に測定されることを特徴とするステッピングモータの駆動方法である。

回転軸が一定の角速度で回転していることを確認して逆起電圧を測定できるので、逆起電圧を正しく測定することができる。また、回転軸の回転位置が直接求められるのでメモリに格納される回転軸の回転位置により正確に反映される。

第４の発明は、第２の発明において、メモリに格納されるのは逆起電圧の大きさまたは逆起電圧に比例した大きさのいずれか一方および所定の時刻または所定の時刻により導出される回転軸の回転位置の少なくとも一方であることを特徴とするステッピングモータの駆動方法である。

制御回路で信号電圧を生成する際に所定の回転軸の回転位置の導出も所定の信号電圧の導出も所定の定数を掛けるだけでできる。そのため、制御回路の構成を簡単にできる。

第５の発明は、第３の発明において、メモリに格納されるのは逆起電圧の大きさまたは逆起電圧に比例した大きさのいずれか一方および回転位置測定装置で測定された回転軸の回転位置であることを特徴とするステッピングモータの駆動方法である。

制御回路で信号電圧を生成する際に所定の回転軸の回転位置はそのまま適用できる。所定の信号電圧の導出も所定の定数を掛けるだけでできる。そのため、制御回路の構成を簡単にできる。

第６の発明は、第１の発明において、逆起電圧を各相とも測定することを特徴とするステッピングモータの駆動方法である。

１つの相に対して測定し、他の相は位相をずらして同じ逆起電圧が発生するものとして駆動電圧を生成するようにしても良いが、各相とも測定した方がより確実な制御ができる。

第７の発明は、第１の発明において、信号電圧は測定された最大の逆起電圧をステッピングモータの定格電圧で正規化された電圧または正規化された電圧に所定の係数を掛けた電圧のいずれか一方であることを特徴とするステッピングモータの駆動方法である。

逆起電圧は回転軸の角速度に比例して大きくなる。そのため、ステッピングモータの定格電圧で正規化することで回転軸の角速度に依存しない信号電圧を得ることができる。

第８の発明は、あらかじめ、ステッピングモータの回転軸が前記ステッピングモータとは別の駆動装置によって所定の略一定の角速度で回転され、電圧測定装置で測定されたステッピングモータの端子に発生する逆起電圧の大きさまたは逆起電圧に比例した大きさのいずれか一方がステッピングモータの回転軸の回転位置と関連されて格納されたメモリと、メモリに格納され回転軸の回転位置と関連された逆起電圧に略比例した信号電圧を生成する制御回路と、制御回路が生成した信号電圧に略比例した駆動電圧を生成する駆動回路と、前記駆動電圧で駆動される前記ステッピングモータと、を備えることを特徴とするステッピングモータの駆動装置である。

逆起電圧に略比例した駆動電圧で駆動するので、回転軸の回転位置を略所望の位置とすることができるため、１マイクロステップあたりの回転角度が一定となるように駆動電圧を設定することができる。そのため、１マイクロステップあたりの回転角度のばらつきが小さい。

第９の発明は、第８の発明において、逆起電圧は所定の時刻に測定され、前記所定の時刻により回転軸の回転位置が導出されることを特徴とするステッピングモータの駆動装置である。

逆起電圧の大きさと回転軸の回転位置との関係を容易に確実に対応付けることができる。

第１０の発明は、第８の発明において、回転軸の回転位置が測定される回転位置測定装置を備え、逆起電圧と回転軸の回転位置が同時に測定されることを特徴とするステッピングモータの駆動装置。

回転軸が一定の角速度で回転していることを確認して逆起電圧を測定できるので、逆起電圧を正しく測定することができる。また、回転軸の回転位置が直接求められるのでメモリに格納される回転軸の回転位置により正確に反映される。

第１１の発明は、第９の発明において、メモリに格納されるのは逆起電圧の大きさまたは逆起電圧に比例した大きさのいずれか一方および所定の時刻または所定の時刻により導出される回転軸の回転位置の少なくとも一方であることを特徴とするステッピングモータの駆動装置である。

制御回路で信号電圧を生成する際に所定の回転軸の回転位置の導出も所定の信号電圧の導出も所定の定数を掛けるだけでできる。そのため、制御回路の構成を簡単にできる。

第１２の発明は、第１０の発明において、メモリに格納されるのは逆起電圧の大きさまたは逆起電圧に比例した大きさのいずれか一方および回転位置測定装置で測定された回転軸の回転位置であることを特徴とするステッピングモータの駆動装置である。

制御回路で信号電圧を生成する際に所定の回転軸の回転位置はそのまま適用できる。所定の信号電圧の導出も所定の定数を掛けるだけでできる。そのため、制御回路の構成を簡単にできる。

第１３の発明は、第８の発明において、逆起電圧は各相とも測定されることを特徴とするステッピングモータの駆動装置である。

１つの相に対して測定し、他の相は位相をずらして同じ逆起電圧が発生するものとして駆動電圧を生成するようにしても良いが、各相とも測定した方がより確実な制御ができる。

第１４の発明は、第８の発明において、信号電圧は測定された最大の逆起電圧をステッピングモータの定格電圧で正規化された電圧または正規化された電圧に所定の係数を掛けた電圧のいずれか一方であることを特徴とするステッピングモータの駆動装置である。

逆起電圧は回転軸の角速度に比例して大きくなる。そのため、ステッピングモータの定格電圧で正規化することで回転軸の角速度に依存しない信号電圧を得ることができる。

第１５の発明は、光ディスクにレーザ光を出射し光ディスクで反射したレーザ光を受光する光ピックアップと、光ピックアップを光ディスクの半径方向に駆動する回転駆動力を発生する第１の発明のステッピングモータの駆動方法で駆動されるステッピングモータと、を備えることを特徴とする光ディスク装置である。

第１の発明のステッピングモータの駆動方法で駆動されるステッピングモータは１マイクロステップあたりの回転軸の回転角度のばらつきが小さい。そのため光ディスクの半径方向に光ピックアップを移動させるための回転駆動力を発生するモータとして使用すると光ピックアップの微小な位置決めを正確に安定して行うことができる。そのため安定して光ディスクにレーザ光を照射することができ、安定して光ディスクからの反射光を受光できるので安定した記録や再生の特性が得られる。

第１６の発明は、光ディスクにレーザ光を出射し光ディスクで反射したレーザ光を受光する光ピックアップと、光ピックアップを光ディスクの半径方向に駆動する回転駆動力を発生するステッピングモータを備える第８の発明のステッピングモータの駆動装置と、を備えることを特徴とする光ディスク装置である。

第８の発明のステッピングモータの駆動装置が備えるステッピングモータは１マイクロステップあたりの回転軸の回転角度のばらつきが小さい。そのため光ディスクの半径方向に光ピックアップを移動させるための回転駆動力を発生するモータとして使用すると光ピックアップの微小な位置決めを正確に安定して行うことができる。そのため安定して光ディスクにレーザ光を照射することができ、安定して光ディスクからの反射光を受光できるので安定した記録や再生の特性が得られる。

第１７の発明は、回転軸が所定の略一定の角速度で回転するステッピングモータの端子に発生する逆起電圧の大きさまたは逆起電圧に比例した大きさのいずれか一方がステッピングモータの回転軸の回転位置と関連されて格納されたメモリと、メモリに格納され回転軸の回転位置と関連された逆起電圧に略比例した信号電圧を生成する制御回路と、制御回路が生成した信号電圧に略比例した駆動電圧を生成する駆動回路と、駆動電圧で駆動されるステッピングモータと、を備えることを特徴とするステッピングモータの駆動装置である。

逆起電圧に略比例した駆動電圧で駆動するので、回転軸の回転位置を略所望の位置とすることができるため、１マイクロステップあたりの回転角度が一定となるように駆動電圧を設定することができる。そのため、１マイクロステップあたりの回転角度のばらつきが小さい。

第１８の発明は、光ディスクにレーザ光を出射し光ディスクで反射したレーザ光を受光する光ピックアップと、光ピックアップを光ディスクの半径方向に駆動する回転駆動力を発生するステッピングモータを備える第１７の発明のステッピングモータの駆動装置と、を備えることを特徴とする光ディスク装置である。

第１７の発明のステッピングモータの駆動装置が備えるステッピングモータは１マイクロステップあたりの回転軸の回転角度のばらつきが小さい。そのため光ディスクの半径方向に光ピックアップを移動させるための回転駆動力を発生するモータとして使用すると光ピックアップの微小な位置決めを正確に安定して行うことができる。そのため安定して光ディスクにレーザ光を照射することができ、安定して光ディスクからの反射光を受光できるので安定した記録や再生の特性が得られる。

（実施の形態１）
本実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。図１は本実施の形態１のステッピングモータの逆起電圧を測定する構成について示す図、図２（ａ）は本実施の形態１のステッピングモータの断面構成図、図２（ｂ）はコアの展開図、図２（ｃ）は外観図である。

まず本実施の形態１のステッピングモータの駆動装置の構成について説明する。ステッピングモータ１の固定子はコイル１ｃが巻かれたボビン１ｄが２つと、リング円板の内周より直角に切り起こされたくし歯状の磁極を持つ同形状の４枚のコア１ｅからなる。ステッピングモータ１を駆動する駆動電圧は端子１ｂを通してコイル１ｃに印加される。ボビン１ｄはそれぞれ２枚のコア１ｅおよび外装ケース１ｈにより挟持されている。回転子は回転軸１ａ、および回転軸１ａの周囲に配置され、あらかじめＮ−Ｓ極が正弦波状に分布し着磁されたマグネット１ｆで構成される。回転軸１ａは軸受け１ｇで回転自在に支持されている。外装キャップ１ｉは外装ケース１ｈの開口を封止する。

駆動装置２はステッピングモータ１の回転軸１ａを一定の角速度で回転させるように駆動力を生成するための装置である。駆動装置２はステッピングモータ１の負荷変動によっても回転軸１ａの角速度が変動しないだけの十分なトルクを有していなければならない。駆動装置２はＤＣモータ、ＡＣモータ等のモータ等で良い。駆動回路３は駆動装置２を駆動するための回路で、ステッピングモータ１の回転軸１ａが一定の角速度で回転するように駆動装置２に電力を供給する。駆動回路３はステッピングモータ１の回転軸１ａの回転位置と逆起電圧とが同期して測定できるようにクロックパルスを発生できるような機能も備える。ステッピングモータ１の回転軸１ａと駆動装置２が持つ回転軸２ａとは連結機構４で連結される。たとえば、回転軸１ａの表面にはらせん状に溝を形成し、回転軸２ａに取り付けた連結機構４としてのギアで回転軸１ａを回転させることができる。また、本実施の形態１においては回転軸１ａと回転軸２ａとは同軸でないようにして連結機構４で連結しているが、同軸として連結しても良い。たとえば、連結機構４に回転軸１ａと回転軸２ａとを把持する機構を弾性体などで構成して設ければ良い。

電圧測定装置５はＡ相、Ｂ相の両方とも逆起電圧が測定できるように端子１ｂに接続される。また、駆動回路３からのクロックパルスを受けて、クロックパルスと同期して逆起電圧が測定できるようにする。コンピュータ６は電圧測定装置５で測定された逆起電圧と回転軸１ａの回転位置とを関係付けて、メモリ７にその情報を記録できるようにする。メモリ７は逆起電圧の大きさまたは逆起電圧に比例した大きさのいずれか一方を回転軸１ａの回転位置と関連させて格納する。実際にステッピングモータ１を駆動する際には、メモリ７に格納されたデータを呼び出すことで所定の駆動電圧を生成させる。

図３は本実施の形態１のステッピングモータの駆動装置の構成を示す図である。ステッピングモータ１の駆動装置はメモリ７、制御回路８、駆動回路９、ステッピングモータ１を備えている。制御回路８は、メモリ７に格納されていたデータをもとに、回転軸１ａの回転位置と関連された逆起電圧に略比例した信号電圧を生成する。駆動回路９は信号電圧に略比例した駆動電圧を生成する。このようにしてＡ相、Ｂ相とも所定の回転位置の逆起電圧に略比例した駆動電圧がステッピングモータ１に端子１ｂを通して印加される。

次に、本実施の形態１のステッピングモータの駆動方法について説明する。図４は本実施の形態１の逆起電圧の波形と回転位置の関係を示す図、図５は本実施の形態１の駆動電圧の波形を示す図である。本実施の形態１では２相励磁の例を示しているが、それに限るものではなく、１相励磁方式や１−２相励磁方式等にも適用できる。まず、駆動回路３により駆動装置２を駆動して回転軸２ａを一定の角速度で回転させて、ステッピングモータ１の回転軸１ａを回転させる。駆動回路３はクロックパルスも生成している。したがって、このクロックパルスにより逆起電圧は所定の時刻に測定され、同じ時刻の回転軸１ａの回転位置が導出できる。駆動装置２の駆動トルクが十分あるため、回転軸１ａはステッピングモータ１のステップ内の負荷変動に拘らず、一定の角速度で回転する。すなわち回転位置は時間経過に比例した変化を示す。このとき、端子１ｂには逆起電圧が発生する。逆起電圧は角速度に比例し、その比例定数を逆起電圧定数と呼ぶ。ここで、角速度が変動すると逆起電圧が変動するため、角速度は一定であることが必要である。回転軸１ａの各回転位置の逆起電圧は角速度が一定である場合、ステッピングモータ１を駆動してその回転位置に保持するために印加する電圧とほぼ比例し、向きは逆である。また、Ａ相とＢ相とは位相が約９０°ずれている。

したがって、ステッピングモータ１を駆動して、所定の回転位置に回転軸１ａを停止させるためには、その回転位置におけるＡ相、Ｂ相各相の逆起電圧の大きさに同じ係数をかけ、符号を逆にした駆動電圧をＡ相、Ｂ相に印加すれば良い。

また、逆起電圧は角速度に比例するため、回転軸１ａを毎秒何ｒａｄで回転させるかで変化する。そこで、駆動電圧が回転軸１ａの角速度に依存しないように最大逆起電圧が定格電圧になるように正規化するか、定格電圧に所定の係数を掛けた電圧になるように正規化することが望ましい。

メモリ７に格納する逆起電圧または逆起電圧に比例した大きさとして、逆起電圧の大きさ、その符号を逆にした大きさ、最大逆起電圧が定格電圧になるように正規化した大きさ、その符号を逆にした大きさ、最大逆起電圧が定格電圧に所定の係数を掛けた電圧になるように正規化した大きさ、その符号を逆にした大きさ等が挙げられる。また、メモリ７に格納される回転軸１ａの回転位置に関連した値は、導出された回転軸１ａの回転位置、時刻と回転軸１ａの回転位置の関係を表す値と時刻等がある。これらの値に基づいて制御回路８にてＡ相、Ｂ相各相に印加するための回転軸１ａの回転位置と関連された逆起電圧に略比例した信号電圧を生成する。

図５に示す駆動電圧の波形は上記の方法で設定されたものである。このような駆動電圧波形で駆動されたステッピングモータ１の１マイクロステップ毎の回転角度は図５に示すように安定したものとなっている。

なお、ステッピングモータ１は回転軸１ａの回転位置と逆起電圧の値を１台ずつ測定し、メモリ７に格納することが望ましい。しかし、たとえばステッピングモータ１の機種毎にその関係が安定して得られるのであれば、その安定している集団毎に代表する値をメモリ７に格納しても構わない。そうすることで、１台ずつ測定する手間が省けるので製造の工数を削減できる。また、メモリ７とステッピングモータ１とを組として管理する必要がないので製造の管理が楽になるとともにメモリ７とステッピングモータ１との組を間違える心配がない。さらに、測定しなくてもシミュレーション等で逆起電圧の値が予測できる場合には、その予測値または予測値に比例した値のいずれか一方をメモリ７に格納しても構わない。

このように、本実施の形態１のステッピングモータの駆動方法はフィードバック制御を行わないオープンループ制御であり、しかも１マイクロステップあたりの回転軸の回転角度のばらつきを小さくすることができる。また、本実施の形態１のステッピングモータの駆動装置が備えるステッピングモータ１は１マイクロステップあたりの回転軸の回転角度のばらつきが小さい。

（実施の形態２）
本実施の形態２について図面を参照しながら説明する。図６は本実施の形態２のステッピングモータの逆起電圧を測定する構成について示す図である。実施の形態１の構成に回転位置測定装置であるロータリエンコーダ１０を追加し、ステッピングモータ１の回転軸１ａの回転位置を直接測定できるようにした。また、駆動回路３が発生するクロックパルスにより、ロータリエンコーダ１０は電圧測定装置５が測定する逆起電圧と同期して回転軸１ａの回転位置が測定できるようにした。それ以外の構成は実施の形態１と同じであり、その説明を援用する。

ロータリエンコーダ１０の検出部は回転軸１ａに直接取り付けても良いし、ギアを介して取り付けても良い。その際、回転軸１ａの回転位置とロータリエンコーダ１０の出力との対応が取れるようにしておく。ロータリエンコーダ１０には光学式や磁気式等の種類があるが、種類は問わない。しかし、ステッピングモータ１は１ステップで回転軸１ａが１．８°、３．６°等一定の微小なステップ角だけ回転し、マイクロステップ駆動ではさらに１ステップが細分される。そのため、ロータリエンコーダ１０は回転軸１ａの回転位置の微小な変化が検出できなければならない。

まず、駆動回路３により駆動装置２を駆動して回転軸２ａを一定の角速度で回転させて、ステッピングモータ１の回転軸１ａを回転させる。駆動装置２の駆動トルクが十分あるため、回転軸１ａはステッピングモータ１のステップ内の負荷変動に拘らず、一定の角速度で回転する。ロータリエンコーダ１０は回転軸１ａの回転位置を測定する。電圧測定装置５はステッピングモータ１の端子１ｂに発生する逆起電圧を測定する。クロックパルスが駆動回路３で生成され、ロータリエンコーダ１０および電圧測定装置５に入力されるため、回転軸１ａの回転位置と逆起電圧は同期して測定される。測定された回転軸１ａの回転位置と逆起電圧のデータはコンピュータ６で処理され、メモリ７に格納される。

ロータリエンコーダ１０で回転軸１ａの回転位置を測定することにより、以下のような効果がある。まず、回転軸１ａが一定の角速度で回転していることを確認してから、あるいは確認しながら逆起電圧を測定することができる。逆起電圧は回転軸１ａの回転する角速度に比例するため、一定の角速度で回転している状態で測定しないと正しい測定ができない。ロータリエンコーダ１０で回転軸１ａが一定の角速度で回転していることを確認することができるため、逆起電圧を正しく測定することができる。また、実施の形態１では駆動装置２の回転軸２ａの回転する角速度から間接的に回転軸１ａの角速度を求めていた。それに対し、回転軸１ａの回転位置を直接測定しているためにメモリ７に格納される回転軸１ａの回転位置がより正確に反映される。

なお、ロータリエンコーダ１０は駆動装置２の回転軸２ａに設けても良い。その場合、ステッピングモータ１の回転軸１ａに取り付けるものは連結機構４のみとなるので、連結機構４にかかる負荷は変わらずに回転軸２ａの回転位置、回転の角速度がわかる。そのため回転軸１ａは回転軸２ａにきちんと追随するとともに回転位置、回転の角速度が把握できる。

以上のように本実施の形態２のステッピングモータの逆起電圧を測定する構成はより正確に回転軸１ａの回転位置がわかる。そのため、よりばらつきの少ない１マイクロステップあたりの回転軸の回転角度を実現できる。

（実施の形態３）
本実施の形態３について図面を参照しながら説明する。図７（ａ）は本実施の形態３の逆起電圧の波形を示す図、図７（ｂ）は駆動電圧の波形を示す図である。ステッピングモータ１の中には通常のステップ送りをした際にステップ送り量が大きいステップと小さいステップとが交互に現れるものがある。このような場合、逆起電圧を測定すると、図７（ａ）に示すように、たとえばＡ相の逆起電圧はＢ相の逆起電圧よりも小さい。このようなステッピングモータ１を用いる場合には、図７（ｂ）に示すようにＡ相、Ｂ相の駆動電圧はそれぞれの相の逆起電圧の大きさに比例するように大きさを変える。たとえば、信号電圧を大きい方のＢ相の最大逆起電圧がステッピングモータ１の定格電圧で正規化された電圧または正規化された電圧に所定の係数を掛けた電圧のいずれか一方であるようにする。小さい方のＡ相の信号電圧はその倍率に合わせる。Ａ相、Ｂ相の駆動電圧をそれぞれの相の逆起電圧の大きさに比例するように設定することで、１マイクロステップあたりの回転軸１ａの回転角度はステップ送り量の大小に拘らず安定させることができる。

また、通常のステップ送りをする際にはＡ相、Ｂ相の矩形波の高さをＡ相、Ｂ相の逆起電圧の大きさに比例するように設定する。ステップ送り量が大きいステップはステップ送り量が小さくなり、小さいステップは大きくなるので、ステップ送り量は均一化される。

（実施の形態４）
本実施の形態４について図面を参照しながら説明する。図８は本実施の形態４の光ピックアップモジュールの構成図、図９は本実施の形態４の光ディスク装置の構成図である。実施の形態４は実施の形態１から実施の形態３で説明したステッピングモータの駆動装置を搭載した光ディスク装置であり、実施の形態１から実施の形態３で説明したステッピングモータの駆動方法で駆動されるステッピングモータを備える光ディスク装置である。

光ディスク装置２０の光ディスクおよび光ピックアップ１６を駆動する駆動機構を光ピックアップモジュール１１という。ベース１２は光ピックアップモジュール１１の骨組みを成すもので、このベース１２に直接的、間接的に各構成部品を固定する。

光ディスクを載置するターンテーブルを備えたスピンドルモータ１３はベース１２に固定される。スピンドルモータ１３は光ディスクを回転させる回転駆動力を生成する。

ステッピングモータ１はフィードモータとも呼ばれ、ベース１２に固定される。ステッピングモータ１は光ピックアップ１６が光ディスクの内周と外周の間を移動するために必要な回転駆動力を生成する。ステッピングモータ１の替わりにＤＣモータ等が使用されることもある。しかしステッピングモータ１はＤＣモータに対して微小回転角での位置決め制御が可能で、かつ高速回転を行うことができるという利点があり、よりフィードモータに適している。回転軸１ａの表面にはらせん状に溝が掘られている。ガイド軸１４、１５はそれぞれ両端で支持部材を介してベース１２に固定される。ガイド軸１４、１５は光ピックアップ１６を移動自在に支持する。光ピックアップ１６は回転軸１ａの溝と噛み合うガイド歯を有するラックを備える。ステッピングモータ１が発生する回転駆動力をラックが直線駆動力に変換するために光ピックアップ１６は光ディスクの内周と外周の間を移動することができる。

光ピックアップ１６は光ディスクに対し情報の記録または再生の少なくとも一方を行いう。そのために光ピックアップ１６はレーザ光源１７にてレーザ光を発生させ、対物レンズ１８を通して光ディスクに向けてレーザ光を出射し、光ディスクで反射されたレーザ光を対物レンズ１８を通して受光センサ１９で受光する。光ピックアップ１６から出射されるレーザ光が光ディスクに対し直角に入射するように、支持部材を構成する調整機構でガイド軸１４、１５の傾きを調整する。

光ピックアップモジュール１１には回路基板２７が取り付けてあり、駆動回路９を含むＩＣが配置されている。

下部筐体２２は図示しない上部筐体と組み合わされてネジなどを用いて互いに固定されて筐体とされる。図９では筐体内部が見えるように下部筐体のみ示した。トレイ２３は筐体から出没自在に設けられる。トレイ２３はカバー２０を取り付けた光ピックアップモジュール１１を下面側から配置する。カバー２０は開口を有し、光ピックアップ１６の対物レンズ１８を含む一部とスピンドルモータ１３のターンテーブルを露出させる。本実施の形態４の場合、ステッピングモータ１も露出させる。ベゼル２４をトレイ２３の前端面に設け、トレイ２３が筐体内に収納された時に、トレイ２３の出没口を塞ぐようにする。

ベゼル２４にはイジェクトスイッチ２５が設けられ、イジェクトスイッチ２５を押すことで、筐体とトレイ２３との係合が解除され、トレイ２３は筐体に対し出没が可能な状態となる。レール２６はそれぞれトレイ２３の両側部および筐体の双方に摺動自在に取り付けられる。

筐体の内部には回路基板２９があり、信号処理系のＩＣや電源回路などが搭載されている。その中にメモリ７を含むＩＣや制御回路８を含むＩＣが配置されている。回路基板２７と回路基板２９とはコネクタ２８とコネクタ３１を介してＦＰＣ３０で結合されている。外部コネクタ３２はコンピュータ等の電子機器に設けられた電源／信号ラインと接続される。そして、外部コネクタ３２を介して光ディスク装置２１内に電力を供給したり、外部からの電気信号を光ディスク装置２１内に導いたり、あるいは光ディスク装置２１で生成された電気信号を外部の電子機器などに送出したりする。

メモリ７にはあらかじめ測定された逆起電圧の大きさまたは逆起電圧に比例した大きさのいずれか一方が回転軸の回転位置と関連されて格納されている。すなわち本実施の形態４の光ディスク装置２１には実施の形態１から実施の形態３で説明したステッピングモータ１の駆動装置が組み込まれている。ステッピングモータ１を駆動する際には、このメモリ７に格納されたデータをもとに制御回路８で信号電圧が生成され、制御回路８が生成した信号電圧に略比例した駆動電圧が駆動回路９で生成される。この駆動電圧でステッピングモータ１が駆動される。そのため、本実施の形態４の光ディスク装置２１が搭載するステッピングモータ１は１マイクロステップあたりの回転軸１ａの回転角度のばらつきは小さい。そのため、光ディスクの半径方向に光ピックアップ１６を移動させる際に、正確で安定した位置決めができる。そのため、光ディスクに安定して情報を記録したり光ディスクの情報を再生したりすることができる。

以上のように本発明のステッピングモータの駆動方法で駆動されるステッピングモータや本発明のステッピングモータの駆動装置が備えるステッピングモータは光ディスク装置のフィードモータとして使用される。また、本発明の光ディスク装置はコンピュータやＤＶＤレコーダ等に搭載される光ディスク装置として有用である。

本実施の形態１のステッピングモータの逆起電圧を測定する構成について示す図 （ａ）本実施の形態１のステッピングモータの断面構成図、（ｂ）コアの展開図、（ｃ）外観図 本実施の形態１のステッピングモータの駆動装置の構成を示す図 本実施の形態１の逆起電圧の波形と回転位置の関係を示す図 本実施の形態１の駆動電圧の波形を示す図 本実施の形態２のステッピングモータの逆起電圧を測定する構成について示す図 （ａ）本実施の形態３の逆起電圧の波形を示す図、（ｂ）駆動電圧の波形を示す図 本実施の形態４の光ピックアップモジュールの構成図 本実施の形態４の光ディスク装置の構成図 （ａ）従来のステッピングモータの断面構成図、（ｂ）コアの展開図、（ｃ）外観構成図 従来の２相励磁方式のステッピングモータの駆動電圧の波形を示す図 （ａ）マイクロステップ方式のサイン波形の駆動電圧を示す図、（ｂ）マイクロステップ方式の三角波形の駆動電圧を示す図、（ｃ）１マイクロステップ駆動あたりの回転角度を示す図

符号の説明

１ ステッピングモータ
１ａ 回転軸
１ｂ 端子
１ｃ コイル
１ｄ ボビン
１ｅ コア
１ｆ マグネット
１ｇ 軸受け
１ｈ 外装ケース
１ｉ 外装キャップ
２ 駆動装置
２ａ 回転軸
３ 駆動回路
４ 連結機構
５ 電圧測定装置
６ コンピュータ
７ メモリ
８ 制御回路
９ 駆動回路
１０ ロータリエンコーダ
１１ 光ピックアップモジュール
１２ ベース
１３ スピンドルモータ
１４、１５ ガイド軸
１６ 光ピックアップ
１７ レーザ光源
１８ 対物レンズ
１９ 受光センサ
２０ カバー
２１ 光ディスク装置
２２ 下部筐体
２３ トレイ
２４ ベゼル
２５ イジェクトスイッチ
２６ レール
２７ 回路基板
２８ コネクタ
２９ 回路基板
３０ ＦＰＣ
３１ コネクタ
３２ 外部コネクタ

Claims (18)

1. あらかじめ、ステッピングモータの回転軸を前記ステッピングモータとは別の駆動装置によって所定の略一定の角速度で回転させて前記ステッピングモータの端子に発生する逆起電圧を電圧測定装置で測定し、前記逆起電圧の大きさまたは前記逆起電圧に比例した大きさのいずれか一方を前記回転軸の回転位置と関連させてメモリに格納し、前記ステッピングモータを駆動する際には、前記回転軸の回転位置と関連された逆起電圧に略比例した信号電圧を制御回路で生成し、前記信号電圧に略比例した駆動電圧を駆動回路で生成して前記駆動電圧で前記ステッピングモータを駆動することを特徴とするステッピングモータの駆動方法。
2. 前記逆起電圧は所定の時刻に測定され、前記所定の時刻により前記回転軸の回転位置が導出されることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータの駆動方法。
3. 前記回転軸の回転位置は回転位置測定装置により測定され、前記逆起電圧と前記回転軸の回転位置は同時に測定されることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータの駆動方法。
4. 前記メモリに格納されるのは前記逆起電圧の大きさまたは前記逆起電圧に比例した大きさのいずれか一方および前記所定の時刻または前記所定の時刻により導出される前記回転軸の回転位置の少なくとも一方であることを特徴とする請求項２に記載のステッピングモータの駆動方法。
5. 前記メモリに格納されるのは前記逆起電圧の大きさまたは前記逆起電圧に比例した大きさのいずれか一方および前記回転位置測定装置で測定された前記回転軸の回転位置であることを特徴とする請求項３に記載のステッピングモータの駆動方法。
6. 前記逆起電圧を各相とも測定することを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータの駆動方法。
7. 前記信号電圧は測定された最大の前記逆起電圧を前記ステッピングモータの定格電圧で正規化された電圧または前記正規化された電圧に所定の係数を掛けた電圧のいずれか一方であることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータの駆動方法。
8. あらかじめ、ステッピングモータの回転軸が前記ステッピングモータとは別の駆動装置によって所定の略一定の角速度で回転され、電圧測定装置で測定された前記ステッピングモータの端子に発生する逆起電圧の大きさまたは前記逆起電圧に比例した大きさのいずれか一方が前記ステッピングモータの回転軸の回転位置と関連されて格納されたメモリと、
   前記メモリに格納され前記回転軸の回転位置と関連された逆起電圧に略比例した信号電圧を生成する制御回路と、
   前記制御回路が生成した信号電圧に略比例した駆動電圧を生成する駆動回路と、
   前記駆動電圧で駆動される前記ステッピングモータと、
   を備えることを特徴とするステッピングモータの駆動装置。
9. 前記逆起電圧は所定の時刻に測定され、前記所定の時刻により前記回転軸の回転位置が導出されることを特徴とする請求項８に記載のステッピングモータの駆動装置。
10. 前記回転軸の回転位置が測定される回転位置測定装置を備え、前記逆起電圧と前記回転軸の回転位置が同時に測定されることを特徴とする請求項１０に記載のステッピングモータの駆動装置。
11. 前記メモリに格納されるのは前記逆起電圧の大きさまたは前記逆起電圧に比例した大きさのいずれか一方および前記所定の時刻または前記所定の時刻により導出される前記回転軸の回転位置の少なくとも一方であることを特徴とする請求項９に記載のステッピングモータの駆動装置。
12. 前記メモリに格納されるのは前記逆起電圧の大きさまたは前記逆起電圧に比例した大きさのいずれか一方および前記回転位置測定装置で測定された前記回転軸の回転位置であることを特徴とする請求項１０に記載のステッピングモータの駆動装置。
13. 前記逆起電圧は各相とも測定されることを特徴とする請求項８に記載のステッピングモータの駆動装置。
14. 前記信号電圧は測定された最大の前記逆起電圧を前記ステッピングモータの定格電圧で正規化された電圧または前記正規化された電圧に所定の係数を掛けた電圧のいずれか一方であることを特徴とする請求項８に記載のステッピングモータの駆動装置。
15. 光ディスクにレーザ光を出射し前記光ディスクで反射した前記レーザ光を受光する光ピックアップと、前記光ピックアップを前記光ディスクの半径方向に駆動する回転駆動力を発生する請求項１に記載のステッピングモータの駆動方法で駆動されるステッピングモータと、を備えることを特徴とする光ディスク装置。
16. 光ディスクにレーザ光を出射し前記光ディスクで反射した前記レーザ光を受光する光ピックアップと、前記光ピックアップを前記光ディスクの半径方向に駆動する回転駆動力を発生するステッピングモータを備える請求項８に記載のステッピングモータの駆動装置と、を備えることを特徴とする光ディスク装置。
17. 回転軸が所定の略一定の角速度で回転するステッピングモータの端子に発生する逆起電圧の大きさまたは前記逆起電圧に比例した大きさのいずれか一方が前記ステッピングモータの回転軸の回転位置と関連されて格納されたメモリと、
    前記メモリに格納され前記回転軸の回転位置と関連された逆起電圧に略比例した信号電圧を生成する制御回路と、
    前記制御回路が生成した信号電圧に略比例した駆動電圧を生成する駆動回路と、
    前記駆動電圧で駆動されるステッピングモータと、
    を備えることを特徴とするステッピングモータの駆動装置。
18. 光ディスクにレーザ光を出射し前記光ディスクで反射した前記レーザ光を受光する光ピックアップと、前記光ピックアップを前記光ディスクの半径方向に駆動する回転駆動力を発生するステッピングモータを備える請求項１７に記載のステッピングモータの駆動装置と、を備えることを特徴とする光ディスク装置。

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